Система производства изотопов с разделенным экранированием

Система производства изотопов с разделенным экранированием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка включает изобретение, связанное с изобретением, раскрытым в патентной заявке США №12/435,903, озаглавленной «СИСТЕМА ПРОИЗВОДСТВА ИЗОТОПОВ И ЦИКЛОТРОН», в патентной заявке США №12/435,949, озаглавленной «СИСТЕМА ПРОИЗВОДСТВА ИЗОТОПОВ И ЦИКЛОТРОН, ИМЕЮЩИЙ МАГНИТНЫЙ СЕРДЕЧНИК С ВМЕЩАЮЩЕЙ НАСОС ПОЛОСТЬЮ», и в патентной заявке США №12/435,931, озаглавленной «СИСТЕМА ПРОИЗВОДСТВА ИЗОТОПОВ И ЦИКЛОТРОН, ИМЕЮЩИЙ УМЕНЬШЕННЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ РАССЕЯНИЯ», которые были поданы 5 мая 2009 года и которые полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Варианты выполнения изобретения относятся в целом к системам для производства изотопов, а более конкретно к системам для производства изотопов, которые могут быть безопасным образом использованы в относительно ограниченных пространствах, таких как больничные палаты.

Радиоизотопы (также называемые радионуклидами) имеют несколько применений в медицине при проведении терапии, в создании изображений и в исследованиях, а также в других приложениях, которые не являются медицинскими. Системы, которые производят радиоизотопы, обычно содержат ускоритель частиц, такой как циклотрон, который содержит ярмо магнита, которое окружает ускорительную камеру. Ускорительная камера может содержать противолежащие полюса, отстоящие на некоторое расстояние друг от друга. В ускорительной камере могут быть созданы электрические и магнитные поля для ускорения и направления заряженных частиц по спиральным траекториям между полюсами. Для производства радиоизотопов циклотрон формирует пучок заряженных частиц и направляет его наружу из ускорительной камеры к системе мишени, содержащей материал мишени. Пучок частиц падает на материал мишени, создавая тем самым радиоизотопы.

Во время работы системы производства изотопов большое количество излучения (например, вредный уровень радиации для находящихся рядом людей) может быть создано в системе мишени и, независимо, в циклотроне. Например, в отношении системы мишени, излучение нейтронов и гамма-лучи могут возникать при падении пучка на материал мишени. Что касается циклотрона, то ионы, находящиеся в ускорительной камере, могут сталкиваться с находящимися в ней частицами газа и становиться нейтральными частицами, на которые больше не действуют ни электрические, ни магнитные поля в ускорительной камере. Эти нейтральные частицы, в свою очередь, могут сталкиваться со стенками ускорительной камеры и создавать вторичное гамма-излучение. Для защиты находящихся рядом людей от излучения (например, работников или пациентов больницы), системы производства изотопов могут использовать экраны для ослабления или защиты от излучения.

В некоторых традиционных системах производства изотопов проблема радиационной утечки была решена путем добавления большого количества экранов, которые окружают как циклотрон, так и систему мишени. Тем не менее большое количество экранов может быть дорогостоящим и слишком тяжелым для помещений, где должна быть расположена система производства изотопов. В качестве альтернативы или в дополнение к большому количеству экранов, системы производства изотопов могут быть расположены в специально оборудованном помещении или помещениях. Например, циклотрон и система мишени могут быть размещены в отдельных помещениях или иметь большие разделяющие их стенки. Тем не менее разработка конкретных помещений для систем производства изотопов ставит новые проблемы, особенно для уже существующих помещений, которые не были изначально предназначены для производства радиоизотопов.

Еще одна проблема, связанная с утечкой радиации, заключается в том, как удалять систему производства изотопов, когда, например, ее заменяют или перемещают в другое место. Вывод из эксплуатации системы производства изотопов включает в себя безопасный демонтаж системы и удаление и хранение радиоактивных частей и материалов. Другая проблема заключается в обеззараживании помещения, в котором находилась система производства изотопов. В некоторых случаях первоначальные опорные конструкции помещения, например полы, потолки и стены, должны быть удалены, поскольку опорные конструкции были радиоактивно загрязнены. Такой вывод из эксплуатации и обеззараживание могут быть дорогостоящими и трудоемкими.

Соответственно, существует потребность в способах, циклотронах и системах производства изотопов, которые снижают радиационное воздействие на людей в помещении или в близлежащей области. Кроме того, существует необходимость в системах производства изотопов, которые могут быть более легко выведены из эксплуатации, чем известные системы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним вариантом выполнения предложена система производства изотопов, содержащая циклотрон с ярмом магнита, которое окружает ускорительную камеру. Циклотрон выполнен с возможностью направления пучка частиц из ускорительной камеры через ярмо магнита. Система производства изотопов также содержит систему мишени, которая расположена вблизи ярма магнита. Система мишени выполнена с возможностью удержания материала мишени и содержит радиационный экран, который проходит между ярмом магнита и местом размещения мишени. Радиационный экран имеет размер и форму, которые способствуют ослаблению гамма-излучения и нейтронного излучения, испускаемых из материала мишени в направлении ярма магнита. Система производства изотопов также содержит проход для пучка, который проходит от ускорительной камеры к месту расположения мишени. Проход для пучка, по меньшей мере частично, образован ярмом магнита и радиационным экраном системы мишени.

В соответствии с другим вариантом выполнения предложена система производства изотопов, содержащая циклотрон, который имеет основание, поддерживаемое платформой. Циклотрон содержит ярмо магнита, которое окружает ускорительную камеру. Циклотрон выполнен с возможностью направления пучка частиц из ускорительной камеры через ярмо магнита. Система производства изотопов также содержит систему мишени, которая расположена на платформе и вблизи ярма магнита. Система мишени выполнена с возможностью удержания материала мишени на месте его расположения. Пучок частиц падает на материал мишени. Система производства изотопов также содержит проход для пучка, который проходит от ускорительной камеры в место расположения мишени. Проход для пучка, по меньшей мере частично, образован ярмом магнита и системой мишени. Проход для пучка проходит вдоль оси пучка, которая пересекает платформу.

В еще одном варианте выполнения предложен способ вывода из эксплуатации системы производства изотопов, находящейся в помещении здания. Способ включает использование системы производства изотопов, содержащей циклотрон, который имеет основание, поддерживаемое платформой. Платформа опирается на пол помещения. Циклотрон выполнен с возможностью направления пучка частиц вдоль прохода для пучка к системе мишени. Система мишени находится на платформе рядом с ярмом магнитом. Проход для пучка проходит вдоль оси пучка, которая пересекает платформу. Этот способ также включает удаление системы мишени с платформы и удаление платформы с пола помещения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 изображает блок-схему системы производства изотопов, выполненной в соответствии с одним вариантом выполнения.

Фиг.2 изображает схематический вид сбоку системы производства изотопов, выполненной в соответствии с одним вариантом выполнения.

Фиг.3 изображает вид сверху системы производства изотопов, изображенной на Фиг.2.

Фиг.4 изображает вид в аксонометрии ярма магнита, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения.

Фиг.5 изображает вид сбоку циклотрона, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения.

Фиг.6 изображает увеличенный вид сбоку части циклотрона, изображенного на Фиг.5.

Фиг.7 изображает схематический вид сбоку области мишени, используемой с системой производства изотопов, изображенной на Фиг.2.

Фиг.8 изображает вид в аксонометрии системы производства изотопов, выполненной в соответствии с одним вариантом выполнения, имеющим корпус в закрытом положении.

Фиг.9 изображает вид в аксонометрии системы производства изотопов, изображенной на Фиг.8, когда корпус находится в открытом положении.

Фиг.10 изображает вид сбоку циклотрона, выполненного в соответствии с другим вариантом выполнения, который может быть использован с системой производства изотопов, изображенной на Фиг.8.

Фиг.11 изображает схематический вид сбоку системы производства изотопов, выполненной в соответствии с альтернативным вариантом выполнения.

Фиг.12 изображает блок-схему способа вывода из эксплуатации системы производства изотопов, в соответствии с одним вариантом выполнения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 представляет собой блок-схему системы 100 производства изотопов, выполненной в соответствии с одним вариантом выполнения. Система 100 содержит циклотрон 102, который имеет несколько подсистем, включая систему 104 ионного источника, систему 106 электрического поля, систему 108 магнитного поля и вакуумную систему 110. Во время работы циклотрона 102 заряженные частицы находятся внутри циклотрона 102 или их вводят в циклотрон 102 через систему 104 ионного источника. Система 108 магнитного поля и система 106 электрического поля генерируют соответствующие поля, которые взаимодействуют друг с другом с созданием пучка 112 заряженных частиц.

На Фиг.1 также показано, что система 100 также имеет систему 115 выпуска и систему 114 мишени, которая содержит материал 116 мишени. Система 114 мишени может быть установлена рядом с циклотроном 102. Для генерации изотопов пучок 112 частиц направляют с помощью циклотрона 102 через систему 115 выпуска вдоль пути прохождения пучка или прохода 117 для пучка и в систему 114 мишени таким образом, что пучок 112 частиц падает на материал 116 мишени, расположенный в соответствующем месте 120 расположения мишени. Когда материал 116 мишени облучается пучком 112 частиц, может быть сгенерировано излучение нейтронов и гамма-лучей.

Система 100 может иметь несколько областей 120А-С мишени, где расположены отдельные материалы 116А-С мишени. Смещающее устройство или система (не показана) может быть использована для смещения областей 120А-С мишени относительно пучка 112 частиц, так что пучок 112 частиц падает на различные материалы 116 мишени. В течение всего процесса смещения также может поддерживаться вакуум. В качестве альтернативы, циклотрон 102 и система 115 выпуска может направлять пучок 112 частиц не только по одной траектории, но может направлять пучок 112 частиц по выделенной траектории для каждого отличающегося места 120А-С расположения мишени. Кроме того, проход 117 для пучка может быть по существу прямолинейным от циклотрона 102 к месту 120 расположения мишени или, в качестве альтернативы, проход 117 может быть криволинейным или иметь поворот в одной или нескольких точках вдоль прохода. Например, магниты, расположенные вдоль прохода 117, могут быть выполнены с возможностью перенаправления пучка 112 частиц по другому пути.

Примеры систем производства изотопов и/или циклотроны, имеющие одну или несколько описанных выше подсистем, описаны в патентах США №6392246, №6417634, №6433495, №7122966 и в заявке на патент США №2005/0283199, которые все полностью включены в настоящий документ посредством ссылки. Дополнительные примеры представлены также в патентах США №5521469, №6057655 и в заявках на патент США №2008/0067413 и №2008/0258653, которые все полностью включены в настоящий документ посредством ссылки. Кроме того, системы производства изотопов и/или циклотроны, которые могут быть использованы с вариантами выполнения, описанными в настоящем документе, также описаны в одновременно рассматриваемых заявках на Патент США №12/435,903; №12/435,949 и №12/435,931, которые все полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.

Система 100 выполнена с возможностью производства радиоизотопов (также называемых радионуклидами), которые могут быть использованы при получении медицинских изображений, исследований и терапии, но также и для других приложений, которые не являются медицинскими, такими как, например, научные исследования или анализ. При использовании в медицинских целях, например, для получения изображений в Ядерной Медицине (NM) или для получения изображений в Позитронно-Эмиссионной Томографии (PET), радиоизотопы можно также назвать изотопными индикаторами. К примеру, система 100 может генерировать протоны для производства изотопов ¹⁸F изотопов в жидкой форме, изотопов ¹¹С в виде CO₂ и изотопов ¹³N в виде NH₃. Материал 116 мишени, используемый для производства этих изотопов, может быть обогащен ¹⁸O водой, природным ¹⁴N₂ газом, ¹⁶О водой и ¹⁵N₂ газом. Система 100 может также производить дейтроны с целью получения ¹⁵O газов (кислород, углекислый газ и моноксид углерода) и меченую изотопом ¹⁵О воду.

В некоторых вариантах выполнения система 100 использует ¹H^- технологию и приближает заряженные частицы к низкой энергии (например, около 7,8 МэВ) с током пучка примерно от 10 до 30 мкА. В таких вариантах выполнения отрицательные ионы водорода ускоряются и направляются через циклотрон 102 и в систему 115 выпуска. Отрицательные ионы водорода могут затем ударять в отделяющую фольгу (не показана) системы 115 выпуска, удаляя, тем самым, пары электронов и делая частицу положительным ионом, ¹H⁺. Однако в альтернативных вариантах выполнения заряженные частицы могут быть положительными ионами, например ¹H⁺, ²H⁺ и ³He⁺. В таких альтернативных вариантах выполнения система 115 выпуска может содержать электростатический дефлектор, который создает электрическое поле, направляющее пучок частиц на материал 116 мишени.

Система 100 может содержать систему 122 охлаждения, которая переносит охлаждающую или рабочую текучую среду к различным элементам различных систем, чтобы поглощать тепло, выделяемое соответствующими элементами. Система 100 может также содержать систему 118 управления, которая может быть использована оператором для управления работой различных систем и элементов. Система 118 управления может содержать один или несколько пользовательских интерфейсов, которые расположены рядом с циклотроном 102 и системой 114 мишени или удаленно от них. Хотя это и не показано на Фиг.1, система 100 может также содержать один или несколько радиационных экранов для циклотрона 102 и системы 114 мишени.

Система 100 может производить изотопы в определенных количествах или партиях, таких как индивидуальные дозы для использования в медицинской визуализации и терапии. Производственная мощность системы 100 для иллюстративных форм изотопов, указанных выше, может быть равна 50 мКи менее чем за десять минут при токе 20 мкА для ¹⁸F^-; 300 мКи примерно за тридцать минут при токе 30 мкА для ¹¹CO₂.

Кроме того, система 100 может использовать уменьшенный объем пространства относительно известных систем производства изотопов, так что система 100 имеет размер, форму и вес, которые обеспечивают возможность размещения системы 100 в ограниченном пространстве. Например, система 100 может быть размещена в уже существующей комнате, которая изначально не была предназначена для размещения ускорителей частиц, например, в больнице или клинике. Таким образом, циклотрон 102, система 115 выпуска, система 114 мишени и один или нескольких элементов системы 122 охлаждения могут быть размещены в общем корпусе 124, который имеет размер и форму, которые обеспечивают возможность их размещения в ограниченном пространстве. В качестве одного примера, общий объем, используемый корпусом 124, может быть равен 2 м³. Возможные размеры корпуса 124 могут включать максимальную ширину 2,2 м, максимальную высоту 1,7 м и максимальную глубину 1,2 м. Общий вес корпуса и расположенных в нем систем может быть равен приблизительно 10000 кг. Тем не менее описанные в настоящем документе варианты выполнения не ограничиваются размером и весом, отмеченным выше, и могут иметь больший размер и вес. Корпус 124 может быть изготовлен из полиэтилена (ПЭ) и свинца (Pb) и иметь толщину, обеспечивающую возможность ослабления потока нейтронов и гамма-лучей, идущих от циклотрона 102. Например, корпус 124 может иметь толщину (измеряется между внутренней поверхностью, которая окружает циклотрон 102, и наружной поверхностью корпуса 124), по меньшей мере приблизительно 10 мм вдоль заданных частей корпуса 124, что ослабляет поток нейтронов и гамма-излучения.

Система 100 может быть выполнена с возможностью ускорения заряженных частиц до заданного уровня энергии. Например, некоторые описанные в этом документе варианты выполнения ускоряют заряженные частицы до энергии приблизительно 18 МэВ или меньше. В других вариантах выполнения система 100 ускоряет заряженные частицы до энергии приблизительно 16,5 МэВ или меньше. В конкретных вариантах выполнения система 100 ускоряет заряженные частицы до энергии приблизительно 9,6 МэВ или меньше. В более конкретных вариантах выполнения система 100 ускоряет заряженные частицы до энергии приблизительно 7,8 МэВ или меньше.

Фиг.2 и 3 представляют собой соответственно схематический вид сбоку и схематический вид сверху, системы 300 производства изотопов (ПИ), выполненный в соответствии с одним вариантом выполнения. Система 300 ПИ содержит циклотрон 200 с ярмом 202 магнита и также содержит систему 302 мишени, которая содержит радиационный экран 306 и область 308 мишени, находящуюся в пределах радиационного экрана 306. Ярмо 202 магнита содержит ускорительную камеру 206, в которой генерируется пучок 312 частиц и направляется через ярмо 202 магнита и к области 308 мишени вдоль прохода 314 для пучка. Проход 314 для пучка, по меньшей мере частично, образован ярмом 202 магнита и радиационным экраном 306. Хотя это и не показано, система 300 ПИ может содержать систему выпуска для содействия удалению и направлению пучка 312 частиц из циклотрона 200.

Также показано, что циклотрон 200 и система 302 мишени могут быть заключены в общий корпус 305. В некоторых вариантах выполнения система 300 ПИ также содержит отдельную платформу 220 (Фиг.2), которая опирается на пол или на землю 313 области, в которой находится система 300 ПИ. Циклотрон 200, система 302 мишени и корпус 305 могут опираться на платформу 220. Например, циклотрон 200 может содержать основание 315, которая, по меньшей мере частично, поддерживается на платформе 220. Основание 315 может быть образовано ярмом 202 магнита или может быть частью корпуса 305. Основание 315 может также содержать вакуумный насос 276, который расположен между ярмом 202 магнита и платформой 220. Вакуумный насос 276 может быть выполнен с возможностью поддержания разреженного состояния в ускорительной камере 206, проходе 314 для пучка и области 308 мишени.

Описанные в этом документе варианты выполнения включают разделенные системы экранов, в которых излучение, генерируемое в циклотроне 200, по меньшей мере частично, ослабляется ярмом 202 магнита, и в котором излучение, генерируемое в области 308 мишени, по меньшей мере частично, ослабляется радиационным экраном 306. Когда заряженные частицы ускоряются и направляются по заданной траектории в ускорительной камере 206, ионы в ускорительной камере 206 могут сталкиваться с находящимися в ней частицами газа и становиться нейтральными частицами, на которые не действуют ни электрические, ни магнитные поля. Нейтральные частицы могут быть распылены вдоль серединной плоскости 232 (Фиг.4) ярма 202 магнита и по периферии ускорительной камеры 206. Перехватывающие пластины (не показаны) могут быть установлены в ускорительной камере 206 для содействия захвату нейтральных частиц.

На Фиг.2 и 3 проиллюстрировано несколько точек X_R1, в которых частицы могут сталкиваться с ярмом 202 магнита и генерировать нейтронное и гамма-излучение. Гамма-лучи испускаются из соответствующих точек X_R1 изотропным образом (т.е. из соответствующей точки X_R1 сферическим образом). Размеры ярма 202 могут быть выбраны для ослабления излучения гамма-лучей в ускорительной камере 206. Например, размеры традиционных ярм магнита, как правило, определяются требуемым магнитным полем, необходимым для формирования пучка частиц в ускорительной камере. Тем не менее ярмо 202 может быть толще, чем требуется для формирования желаемого магнитного поля. Дополнительная толщина ярма 202 магнита может способствовать ослаблению излучения, выходящего из ускорительной камеры 206. Кроме того, циклотрон 200 может работать при низкой энергии, при которой создается относительно небольшое количество нейтральных частиц. Например, система 300 ПИ может подвести заряженные частицы к энергетическому уровню приблизительно 9,6 МэВ или, точнее, 7,8 МэВ или меньше.

Что касается системы 302 мишени, область 308 мишени содержит место 340 расположения мишени (показано на Фиг.7), в котором находится материал мишени. Когда пучок 312 частиц падает на мишень, излучение от гамма-лучей и нейтронов может быть создано и выпущено из материала мишени и из вспомогательных компонентов, расположенных вблизи мишени. Кроме того, вылетевшие нейтроны могут генерировать гамма-лучи при взаимодействии нейтронов с веществом в системе 302 мишени. Таким образом, радиационный экран 306 выполнен с возможностью ослабления излучения.

Область 308 мишени может быть расположена вблизи геометрического центра радиационного экрана 306. В качестве одного примера, область 308 мишени может быть расположена в заранее заданном месте расположения в пределах радиационного экрана 306, так что внешняя граница 301 системы 300 ПИ имеет мощность дозы меньше требуемого значения (например, меньше чем приблизительно 4 микрозиверта/ч или меньше чем приблизительно 2 микрозиверта/ч). «Внешняя граница» включает наружную поверхность системы 300 ПИ, которой может касаться пользователь системы 300 ПИ при ее работе в нормальном режиме. Например, внешняя граница 301 показана на Фиг.3 как наружная поверхность 301 корпуса 305. Тем не менее в альтернативных вариантах выполнения внешняя граница 301 может представлять собой наружную поверхность 304 радиационного экрана 306 или наружную поверхность 205 циклотрон 200. Таким образом, мощность дозы может быть измерена с наружной поверхности 301, если имеется корпус 305 или, наоборот, от наружных поверхностей 205 и 304, если нет корпуса.

Ярмо 202 магнита и радиационный экран 306 могут содержать различные составы материалов, которые выполнены с возможностью ослабления излучения, выходящего из соответствующей области. Например, ярмо 202 магнита может быть выполнено из железа. Размеры материала, который формирует ярмо 202 магнита, могут быть увеличены для того, чтобы ослаблять излучение, исходящее изнутри ускорительной камеры 206. Радиационный экран 306, с другой стороны, может иметь другой состав материалов, включая отдельные слои и структуры различных материалов. Например, радиационный экран 306 может содержать первую, или внутреннюю, экранирующую структуру 320, и вторую, или внешнюю, экранирующую структуру 322, которая окружает первую экранирующую структуру 320. Первая экранирующая структура 320 может непосредственно окружать область 308 мишени и может быть выполнена с возможностью ослабления исходящего из нее гамма-излучения. В одном примере первая экранирующая структура 320 содержит клеть, которая выполнена в основном из свинца (Pb) или из почти чистого свинца (Pb). Тем не менее с первой экранирующей структурой 320 могут быть использованы другие материалы, выполненные с возможностью ослабления гамма-излучения.

Вторая экранирующая структура 322 может окружать первую экранирующую структуру 320 и может быть выполнена с возможностью ослабления нейтронов и гамма-лучей, испускаемых областью 308 мишени, а также ослабления гамма-лучей, генерируемых при захвате нейтронов. Вторая экранирующая структура 322 может иметь сферическую форму. Большинство составов материалов, составляющих вторую экранирующую структуру 322, может включать полиэтилен. Другие материалы могут включать свинец (Pb) и бор в меньших количествах. В одном конкретном варианте выполнения вторая экранирующая структура 322 содержит приблизительно 80% полиэтилена (в том числе 3% бора) и приблизительно 20% свинца (Pb). Тем не менее в состав материалов первой и второй экранирующих структур 320 и 322 могут быть включены другие элементы или материалы.

Кроме того, как показано на Фиг.2 и 3, система 302 мишени может быть расположена рядом с ярмом 202 магнита. Как используется в этом документе, система 302 мишени и ярмо 202 магнита расположены «рядом» друг с другом, когда система 302 мишени и ярмо 202 магнита расположены вблизи или около друг друга без существенного расстояния или промежутка между ними. Например, в проиллюстрированном варианте выполнения часть радиационного экрана 306 имеет форму для вмещения во вмещающий экран вырез или выемку 262 (показано на Фиг.4). Более конкретно, часть радиационного экрана 306 может иметь форму, чтобы соответствовать форме вмещающей экран выемки 262. Кроме того, наружные поверхности 304 и 205 могут непосредственно примыкать друг к другу. Тем не менее в других вариантах выполнения, в которых система 302 мишени расположена рядом с ярмом 202 магнита, наружная поверхность 205 может и не образовывать вмещающую экран выемку 262. Вместо этого, наружные поверхности 304 и 205 могут по-прежнему непосредственно примыкать друг к другу вдоль, например, плоских частей наружных поверхностей 304 и 205.

В альтернативных вариантах выполнения система 302 мишени и ярмо 202 могут быть расположены рядом друг с другом, имея лишь небольшое расстояние между наружными поверхностями 304 и 205 (например, менее чем приблизительно 25 сантиметров, или менее чем приблизительно 10 см). Тем не менее в альтернативных вариантах выполнения система 302 мишени и ярмо 202 магнита расположены не рядом друг с другом, но могут быть, например, отделены друг от друга половиной метра или несколькими метрами.

Как также изображено на Фиг.2, радиационный экран 306 может иметь радиальную толщину T_R, проходящую от области 308 мишени до наружной поверхности 304. Радиальная толщина T_R может быть выполнена такой, что наружная поверхность 304 подвержена действию самое большее ограниченной мощности дозы. Как показано, радиальная толщина T_R может иметь различные длины или размер. Например, радиальная толщина T_R может иметь уменьшенную часть 325, которая проходит между областью 308 мишени и платформой 220 или землей 313. Оставшаяся часть(и) радиационного экрана 306 може(гу)т иметь по существу равные радиальные толщины T_R. Уменьшенная часть 325 радиационного экрана 306 может быть использована, например, когда система 302 мишени опирается на платформу 220 или, в качестве альтернативы, прямо на землю 313. Эта платформа 220 может содержать материал (например, бетон) и иметь толщину T_C, которая выполнена с возможностью поглощения радиационных утечек из по меньшей мере одного из циклотрона 200 и системы 302 мишени.

Проход 314 для пучка, по меньшей мере частично, образован ярмом 202 магнита и радиационным экраном 306 системы 302 мишени. В проиллюстрированном варианте выполнения проход 314 для пучка может быть по существу прямолинейным, как показано на Фиг.2 и 3. В качестве альтернативы, проход 314 для пучка может быть криволинейным или иметь резкие повороты вдоль прохода. Например, в альтернативных вариантах выполнения магниты могут быть расположены вдоль прохода для пучка и выполнены с возможностью направления или перенаправления пучка 312 частиц по другому пути. Кроме того, проход для пучка может иметь диаметр D_BP поперечного сечения и расстояние или длину L. Диаметр D_BP и длина L имеют такой размер и форму, чтобы уменьшать количество нейтронов, исходящих из материала мишени и в проход 314 для пучка, для того чтобы значительно уменьшить или устранить любые нейтроны, которые повторно входят в ускорительную камеру 206. Длина L может быть измерена от внутренней поверхности ускорительной камеры 206 до места 340 расположения мишени (Фиг.7). В некоторых вариантах выполнения длина L имеет значение от приблизительно 0,5 метра до приблизительно 1,5 метра. Кроме того, хотя это и не показано, проход 314 для пучка может быть выполнен из трубы или канала, который образован из материала, отличного от материала, из которого выполнено ярмо 202 магнита и радиационный экран 306.

Со ссылкой на Фиг.2, пучок 312 частиц и проход 314 для пучка могут проходить вдоль оси 330 пучка. Ось 330 пучка может быть направлена, по меньшей мере частично, вниз, т.е. к земле или к полу 313. В некоторых вариантах выполнения ось 330 пучка может пересекаться с платформой 220. В таких вариантах выполнения, когда систему 300 ПИ требуется вывести из эксплуатации, и когда помещение здания, где находится система 300 ПИ, должно быть обеззаражено, корпус 305, циклотрон 200 и система 302 мишени могут быть сняты с платформы 220. Платформа 220 может затем быть удалена из здания в управляемом режиме (то есть в соответствии с нормами безопасности в отношении удаления радиоактивных материалов). Таким образом, платформа 220 может защищать или иным образом препятствовать удалению уже существующих опорных конструкций в помещении. Например, с помощью платформы 220 другие опорные конструкции, например, потолки, полы и стены могут оставаться в помещении.

Фиг.4-7 более подробно описывают систему 300 ПИ и ее компоненты. Фиг.4 представляет собой вид в аксонометрии ярма 202 магнита, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения. Ярмо 202 магнита ориентировано по отношению к осям X, Y и Z. В некоторых вариантах выполнения ярмо 202 ориентировано вертикально по отношению к силе тяжести F_g. Ярмо 202 магнита имеет корпус 204, который может быть по существу круговым относительно центральной оси 236, которая проходит через центр корпуса 204 ярма параллельно оси Z. Корпус 204 ярма может быть изготовлен из железа и/или другого ферромагнитного материала, и может иметь размер и форму для получения требуемого магнитного поля.

Корпус 204 ярма имеет радиальную часть 222, которая искривляется по окружности вокруг центральной оси 236. Радиальная часть 222 имеет наружную радиальную поверхность 223, которая проходит на ширину W₁. Ширина W₁ радиальной поверхности 223 может проходить в осевом направлении вдоль центральной оси 236. Когда корпус 204 ярма ориентирован вертикально, радиальная часть 222 может иметь верхний и нижний концы 212 и 214 с проходящим между ними диаметром D_Y корпуса 204 ярма. Корпус 204 ярма также может иметь противоположные стороны 208 и 210, которые отделены друг от друга корпусом 204 ярма толщиной T₁. Каждая из сторон 208 и 210 имеет соответствующую боковую поверхность соответственно 209 и 211 (боковая поверхность 209 показана на Фиг.5). Боковые поверхности 209 и 211 могут проходить по существу параллельно друг другу и могут быть по существу плоскими (т.е. расположенными вдоль плоскости, образованной осями Х и Y). Радиальная часть 222 соединена со сторонами 208 и 210 через углы или переходные области 216 и 218, которые имеют угловые поверхности соответственно 217 и 219. (Переходная область 218 и угловая поверхность 219 показаны на Фиг.5.) Угловые поверхности 217 и 219 проходят от радиальной поверхности 223 друг от друга и к центральной оси 236 до соответствующих боковых поверхностей 211 и 209. Радиальная поверхность 223, боковые поверхности 209 и 211 и угловые поверхности 217 и 219 вместе образуют наружную поверхность 205 (Фиг.5) корпуса 204 ярма.

Корпус 204 ярма может иметь несколько вырезов, выемок или проходов, которые ведут в него. Например, на наружной поверхности 205 корпуса 204 ярма может быть образована вмещающая экран выемка 262, которая имеет размер и форму, способствующие вмещению радиационного экрана от системы 302 мишени (Фиг.2). Как показано на чертеже, вмещающая экран выемка 262 имеет ширину W₂, которая измеряется вдоль центральной оси 236. В проиллюстрированном варианте выполнения выемка 262 искривляется внутрь в радиальную часть 222 к центральной оси 236 по толщине T₁. Хотя это и не показано на Фиг.4, проход 314 для пучка может проходить через радиальную часть 222 вблизи выемки 262. Таким образом, ширина W₁ меньше, чем ширина W₂. Кроме того, выемка 262 может иметь радиус кривизны, имеющий центр (указан как точка С), который находится за пределами наружной поверхности 205. Точка С может представлять собой приблизительное место 340 расположения мишени (Фиг.7). В альтернативных вариантах выполнения выемка 262 может иметь и другие размеры, выполненные с возможностью вмещения радиационного экрана. Кроме того, в других вариантах выполнения корпус 204 ярма может и не иметь выемку 262, но может быть расположен вблизи радиационного экрана. Также показано, что корпус 204 может образовывать вмещающую насос (ВН) полость 282, имеющую размер и форму, обеспечивающие возможность вмещения вакуумного насоса 276 (Фиг.2).

Фиг.5 представляет собой вид сбоку циклотрона 200, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения. Циклотрон 200 содержит ярмо 202 магнита, описанное выше со ссылкой на Фиг.2-4. Как показано на Фиг.5, корпус 204 ярма может быть разделен на две противоположные секции 228 и 230 ярма, которые ограничивают между собой ускорительную камеру 206. Секции 228 и 230 ярма выполнены с возможностью размещения рядом друг с другом вдоль серединной плоскости 232 ярма 202 магнита. Циклотрон 200 может опираться на платформу 220, которая выполнена с возможностью удержания веса циклотрона 200. Платформа 220 может представлять собой, например, пол комнаты или дополнительную плиту из материала (например, цемента), которая опирается на пол. Центральная ось 236 проходит перпендикулярно серединной плоскости 232 через центр корпуса 204 ярма между боковыми сторонами 209 и 211. Ускорительная камера 206 имеет центральную область 238, расположенную на пересечении серединной плоскости 232 и центральной оси 236. В некоторых вариантах выполнения центральная область 238 находится в геометрическом центре ускорительной камеры 206. Как также показано, ярмо 202 магнита содержит верхнюю часть 231, проходящую над центральной осью 236, и нижнюю часть 233, проходящую ниже центральной оси 236.

Секции 228 и 230 ярма содержат полюса соответственно 248 и 250, которые лежат напротив друг друга относительно серединной плоскости 232 внутри ускорительной камеры 206. Полюса 248 и 250 могут быть отделены друг от друга межполюсным зазором G. Межполюсный зазор G имеет такой размер и форму, чтобы создавать требуемое магнитное поле, когда циклотрон 200 находится в работе. Кроме того, межполюсный зазор G может иметь размер и форму, основываясь на требуемой проводимости, для удаления частиц внутри ускорительной камеры. В качестве примера, в некоторых вариантах выполнения межполюсный зазор G может быть равен 3 см.

Полюс 248 содержит концентратор 252, а полюс 250 содержит концентратор 254, который обращен к концентратору 252. В изображенном варианте выполнения циклотрон 200 представляет собой изохронный циклотрон, в котором каждый концентратор 252 и 254 формирует секторную структуру из холмов и долин (не показаны). Холмы и долины взаимодействуют друг с другом для создания магнитного поля для фокусировки траектории заряженных частиц. Секции 228 или 230 ярма может также содержать радиочастотные (РЧ) электроды (не показаны), которые содержат полые Δ-образные части, расположенные внутри соответствующих долин. РЧ электроды взаимодействуют друг с другом и образуют резонансную систему, которая содержит индуктивные и емкостные элементы, настроенные на заданную частоту (например, 100 МГц). Система РЧ электродов может иметь высокочастотный генератор мощности (не показан), который могут содержать частотный осциллятор, находящийся в сообщении с одним или несколькими усилителями. Система РЧ электродов создает переменный электрический потенциал между РЧ электродами и землей.

Циклотрон 200 также содержит магнитный узел 260, расположенный в пределах или вблизи ускорительной камеры 206. Магнитный узел 260 выполнен с возможностью содействия созданию магнитного поля с полюсами 248 и 250 для направления заряженных частиц вдоль заданной траектории. Магнитный узел 260 содержит противоположные пары магнитных катушек 264 и 266, которые расположены на расстоянии друг от друга поперек серединной плоскости 232 на расстоянии D₁. Магнитные катушки 264 и 266 могут п